2014年02月13日
コバルト
コバルト (英: cobalt、羅: cobaltum) は、原子番号27の元素。元素記号は Co。鉄族元素の1つ。安定な結晶構造は六方最密充填構造 (hcp) で、強磁性体。純粋なものは銀白色の金属である。722 K以上で面心立方構造 (fcc) に転移する。
鉄より酸化されにくく、酸や塩基にも強い。
目次 [非表示]
1 歴史
2 産出地
3 用途 3.1 合金材料
3.2 化合物
4 同位体
5 コバルト爆弾
6 出典
7 関連項目
歴史[編集]
1735年、スウェーデンのイェオリ・ブラント (Georg Brandt) により発見[2]。コバルトという名称と元素記号は、ドイツ語で地の妖精を意味するコーボルト (kobold または kobalt) に由来する。コバルト鉱物は冶金が困難なため、16世紀頃のドイツでは、コーボルトが坑夫を困らせるために魔法をかけたものと考えられていた。
産出地[編集]
この金属は、日本国内において産業上重要性が高いものの地殻存在度が低く供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。
主要産出国は以下の通り（2011年実績）[3]。特にコンゴ民主共和国の産出量は多く、年間産出量の53%を占める。
コンゴ民主共和国
カナダ
中華人民共和国
ロシア
ザンビア
オーストラリア
用途[編集]
合金材料[編集]
単体金属としてのコバルトの用途はほとんどないが、、主に合金として重要であり工業的に利用される。初期のコバルト合金は、高速度工具鋼にコバルトを添加した超高速度工具鋼に用いられた。また切断工具材料としてそれまでの合金に添加されることで、コバルトの需要は増していった。現在、ニッケル・クロム・モリブデン・タングステン、あるいはタンタルやニオブを添加したコバルト合金は高温でも磨耗しにくく、腐食にも強いため、ガスタービンやジェットエンジンといった、高温で高い負荷が生ずる装置などに用いられているほか、溶鉱炉や石油化学コンビナートなどでも十分に役割を果たす。またステライトに代表される、コバルト・クロム・タングステンあるいはモリブデン・炭素を使った4元系の合金は、磨耗に強く、表面強化が必要となる工業分野において幅広く利用され始めている。この合金は、鋳型として使用するほか、粉末として吹き付けることや溶射して利用することも可能であり、利用技術の発達によって、航空機の表面にコーディングすることなどをはじめ、広い分野で実用化が始まっている。コバルト-モリブデン-ケイ素合金は、耐摩耗性を有し摩擦係数が小さい（滑らかな）性質を示し、ベアリングの特徴を併せ持つなど、有用な特性を持った合金も開発されている。またコバルト-クロム-モリブデン合金とコバルト-クロム-タングステン-ニッケル合金は腐食しにくいため歯科医療や外科手術などでも使われている。近年では飛躍的に進歩したものとして、ニッケル-コバルト-モリブデン鋼の大幅な特性向上があげられる。非常に強い強度と高い靭性を持ったこの合金は、多くの分野での応用が期待されており研究が進んでいる。
加えてコバルト合金は他にも磁気材料として鉄とともに最も重要な役割を果たしてきた。コバルトを添加することにより、磁性やキュリー値が上昇するなど磁気材料としての性能が高まる。コバルトを使った合金のひとつであるアルニコ合金はかつては最も幅広く用いられていた永久磁気材料であった。サマリウムコバルト磁石はコバルトとサマリウムの金属間化合物で、強い保磁力がある。
化合物[編集]
ケイ酸コバルトとして入ることによって、ガラスなどが青色を呈する。
アルミン酸コバルトは青色の顔料であるコバルト青の原料となり、陶磁器の着色や絵具などに用いられている。他にも亜鉛とコバルトの複合酸化物やコバルト、ニッケル、チタン、亜鉛の複合酸化物はコバルト緑と呼ばれる緑色の顔料として利用される。
ヘキサニトロコバルト(III)酸カリウムはコバルト黄と呼ばれる黄色の顔料となり、その絵具はオーレオリンと呼ばれる。
塩化コバルト(II)は、シリカゲルに混ぜ、湿気の吸収具合を色の変化で示す指示薬として使われる。
コバルト酸リチウムは、リチウムイオン二次電池の正極材として用いられ、携帯電話など小型デジタル機器の急速な普及により需要が増大している。
ビタミンB12（コバラミン）は、その名の通り分子の中心にコバルトを持つ生理活性物質であり、欠乏すれば人体に深刻かつ不可逆的な損傷をもたらしうるビタミンである。すなわちコバルトは、人体にとって、ごく微量ながらも他の元素では代替できない必須元素である。
同位体[編集]
詳細は「コバルトの同位体」を参照
放射性同位体のコバルト60は、γ線源として用いられる。医療分野での放射線療法、ガンマ線滅菌、食品分野での食品照射（ジャガイモの発芽防止）、工業分野での非破壊検査などに広く利用されている。
コバルト爆弾[編集]
レオ・シラードにより、核開発への警告として発表された核爆弾の一種で、原子爆弾又は水素爆弾のまわりをコバルトで包んだものである。具体的には、核反応が充分に進行しないうちに核物質が四散して爆発が不完全に終わるのを防ぐ「タンパー」と呼ばれる重金属の覆いにコバルトを用いる。コバルトの原子量は59であるが、核反応により放出される中性子を取り込んでコバルト60が生成され、これが爆弾の爆発と共に広範囲にまき散らされる。コバルト60は半減期5.3年でγ線を放射するため、コバルト爆弾は放射線兵器となる。中性子爆弾と共に SF の第三次世界大戦など核戦争による世界破滅するジャンルでよく使用想定されていたが、中性子爆弾と違って、コバルト爆弾では半減期の長いコバルト60による汚染のため味方にも被害が及び、被災地の占領も困難であるなどの理由で実用化されることは無かった。
出典[編集]
1.^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2 ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, pp. 1117–1119, ISBN 0080379419
2.^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、151頁。ISBN 4-06-257192-7。
3.^ 「Mineral Commodity Summaries 2012[1]」p47、USGS
鉄より酸化されにくく、酸や塩基にも強い。
目次 [非表示]
1 歴史
2 産出地
3 用途 3.1 合金材料
3.2 化合物
4 同位体
5 コバルト爆弾
6 出典
7 関連項目
歴史[編集]
1735年、スウェーデンのイェオリ・ブラント (Georg Brandt) により発見[2]。コバルトという名称と元素記号は、ドイツ語で地の妖精を意味するコーボルト (kobold または kobalt) に由来する。コバルト鉱物は冶金が困難なため、16世紀頃のドイツでは、コーボルトが坑夫を困らせるために魔法をかけたものと考えられていた。
産出地[編集]
この金属は、日本国内において産業上重要性が高いものの地殻存在度が低く供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。
主要産出国は以下の通り（2011年実績）[3]。特にコンゴ民主共和国の産出量は多く、年間産出量の53%を占める。
コンゴ民主共和国
カナダ
中華人民共和国
ロシア
ザンビア
オーストラリア
用途[編集]
合金材料[編集]
単体金属としてのコバルトの用途はほとんどないが、、主に合金として重要であり工業的に利用される。初期のコバルト合金は、高速度工具鋼にコバルトを添加した超高速度工具鋼に用いられた。また切断工具材料としてそれまでの合金に添加されることで、コバルトの需要は増していった。現在、ニッケル・クロム・モリブデン・タングステン、あるいはタンタルやニオブを添加したコバルト合金は高温でも磨耗しにくく、腐食にも強いため、ガスタービンやジェットエンジンといった、高温で高い負荷が生ずる装置などに用いられているほか、溶鉱炉や石油化学コンビナートなどでも十分に役割を果たす。またステライトに代表される、コバルト・クロム・タングステンあるいはモリブデン・炭素を使った4元系の合金は、磨耗に強く、表面強化が必要となる工業分野において幅広く利用され始めている。この合金は、鋳型として使用するほか、粉末として吹き付けることや溶射して利用することも可能であり、利用技術の発達によって、航空機の表面にコーディングすることなどをはじめ、広い分野で実用化が始まっている。コバルト-モリブデン-ケイ素合金は、耐摩耗性を有し摩擦係数が小さい（滑らかな）性質を示し、ベアリングの特徴を併せ持つなど、有用な特性を持った合金も開発されている。またコバルト-クロム-モリブデン合金とコバルト-クロム-タングステン-ニッケル合金は腐食しにくいため歯科医療や外科手術などでも使われている。近年では飛躍的に進歩したものとして、ニッケル-コバルト-モリブデン鋼の大幅な特性向上があげられる。非常に強い強度と高い靭性を持ったこの合金は、多くの分野での応用が期待されており研究が進んでいる。
加えてコバルト合金は他にも磁気材料として鉄とともに最も重要な役割を果たしてきた。コバルトを添加することにより、磁性やキュリー値が上昇するなど磁気材料としての性能が高まる。コバルトを使った合金のひとつであるアルニコ合金はかつては最も幅広く用いられていた永久磁気材料であった。サマリウムコバルト磁石はコバルトとサマリウムの金属間化合物で、強い保磁力がある。
化合物[編集]
ケイ酸コバルトとして入ることによって、ガラスなどが青色を呈する。
アルミン酸コバルトは青色の顔料であるコバルト青の原料となり、陶磁器の着色や絵具などに用いられている。他にも亜鉛とコバルトの複合酸化物やコバルト、ニッケル、チタン、亜鉛の複合酸化物はコバルト緑と呼ばれる緑色の顔料として利用される。
ヘキサニトロコバルト(III)酸カリウムはコバルト黄と呼ばれる黄色の顔料となり、その絵具はオーレオリンと呼ばれる。
塩化コバルト(II)は、シリカゲルに混ぜ、湿気の吸収具合を色の変化で示す指示薬として使われる。
コバルト酸リチウムは、リチウムイオン二次電池の正極材として用いられ、携帯電話など小型デジタル機器の急速な普及により需要が増大している。
ビタミンB12（コバラミン）は、その名の通り分子の中心にコバルトを持つ生理活性物質であり、欠乏すれば人体に深刻かつ不可逆的な損傷をもたらしうるビタミンである。すなわちコバルトは、人体にとって、ごく微量ながらも他の元素では代替できない必須元素である。
同位体[編集]
詳細は「コバルトの同位体」を参照
放射性同位体のコバルト60は、γ線源として用いられる。医療分野での放射線療法、ガンマ線滅菌、食品分野での食品照射（ジャガイモの発芽防止）、工業分野での非破壊検査などに広く利用されている。
コバルト爆弾[編集]
レオ・シラードにより、核開発への警告として発表された核爆弾の一種で、原子爆弾又は水素爆弾のまわりをコバルトで包んだものである。具体的には、核反応が充分に進行しないうちに核物質が四散して爆発が不完全に終わるのを防ぐ「タンパー」と呼ばれる重金属の覆いにコバルトを用いる。コバルトの原子量は59であるが、核反応により放出される中性子を取り込んでコバルト60が生成され、これが爆弾の爆発と共に広範囲にまき散らされる。コバルト60は半減期5.3年でγ線を放射するため、コバルト爆弾は放射線兵器となる。中性子爆弾と共に SF の第三次世界大戦など核戦争による世界破滅するジャンルでよく使用想定されていたが、中性子爆弾と違って、コバルト爆弾では半減期の長いコバルト60による汚染のため味方にも被害が及び、被災地の占領も困難であるなどの理由で実用化されることは無かった。
出典[編集]
1.^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2 ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, pp. 1117–1119, ISBN 0080379419
2.^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、151頁。ISBN 4-06-257192-7。
3.^ 「Mineral Commodity Summaries 2012[1]」p47、USGS
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